“物質(zhì)的量”概念難點(diǎn)成因分析及教學(xué)建議

喬靜

“物質(zhì)的量”是高中化學(xué)必修1中一個(gè)非常重要的概念，它是連接微觀與宏觀、定性與定量的橋梁，貫穿于高中化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的始終。然而，由于“物質(zhì)的量”這一概念抽象難懂，在實(shí)際教學(xué)中又與“摩爾”“阿伏加德羅常數(shù)”等以概念群的形式出現(xiàn)，使得教師難教、學(xué)生難學(xué)。

一、“物質(zhì)的量”概念成為教學(xué)難點(diǎn)的原因分析

“物質(zhì)的量”成為教學(xué)難點(diǎn)，從以下三個(gè)方面分析原因。

1.與“物質(zhì)的量”相關(guān)知識(shí)與技能繁雜，難度較大

“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)的前序知識(shí)有分子、原子、質(zhì)量、碳一12原子、相對(duì)原子質(zhì)量、相對(duì)分子質(zhì)量等；并序知識(shí)有“摩爾”“阿伏加德羅常數(shù)”；后續(xù)知識(shí)有“摩爾質(zhì)量”“氣體摩爾體積及標(biāo)準(zhǔn)狀況”“物質(zhì)的量濃度”“阿伏加德羅定律”等（見圖1）。

化學(xué)技能方面，化學(xué)式、化學(xué)方程式的書寫與計(jì)算不僅是“物質(zhì)的量”概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而且是深入理解概念的重要手段和有效途徑。以“物質(zhì)的量”為核心的計(jì)算是高中學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是高中階段乃至大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)性知識(shí)和能力。

因此，與“物質(zhì)的量”相關(guān)的概念和知識(shí)抽象、難懂，教學(xué)中又以概念群的形式密集出現(xiàn)，產(chǎn)生疊加效應(yīng)，加大了“物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)難度。

2.學(xué)生認(rèn)知能力的局限

初中階段化學(xué)學(xué)習(xí)是以“質(zhì)量”為核心的定量系統(tǒng)，而“物質(zhì)的量”相關(guān)概念對(duì)于剛升上高一的學(xué)生來說是一個(gè)全新的定量系統(tǒng)。

“質(zhì)量”是宏觀層面的，是學(xué)生日常生活中經(jīng)常接觸到的物理量；“物質(zhì)的量”是微觀層面的，是一個(gè)將質(zhì)量、體積等宏觀物理量與原子數(shù)、分子數(shù)等微粒世界聯(lián)系起來的物理量，對(duì)抽象思維要求較高，認(rèn)知發(fā)展水平仍處于具體運(yùn)算階段的學(xué)生很難將宏觀與微觀聯(lián)系起來。

3.教材中概念的呈現(xiàn)方式不利于學(xué)生理解

“物質(zhì)的量”一詞在漢語的語法分析中是一個(gè)偏正短語，中心詞是“量”。究竟是什么量，是我們熟知的質(zhì)量、長度、體積嗎？概念十分模糊，這在某種程度上加大了概念理解的難度。

“物質(zhì)的量”對(duì)應(yīng)的英文是“amount of sub-stance”，中心詞是“amount”意為“數(shù)量、總數(shù)、總額”。在英語中“物質(zhì)的量”的意義是明確的，就是指的數(shù)量。而在翻譯過程中，直接譯為“量”這一籠統(tǒng)模糊的字，給學(xué)生理解概念造成了困難。

沈仁義教授建議將“物質(zhì)的量”改為“物質(zhì)的微粒數(shù)”，這一提法的字面意義明確，不僅解釋了“量”即“數(shù)量”，而且指明了這個(gè)數(shù)量只能表示微觀粒子，不能表示宏觀物質(zhì)，從而高度概括了“物質(zhì)的量”這一物理量的基本含義。

二、“物質(zhì)的量”概念的教學(xué)建議

人教版高中化學(xué)必修1呈現(xiàn)“物質(zhì)的量”概念群的順序：先介紹“物質(zhì)的量”，而“摩爾”是作為“物質(zhì)的量”的單位被直接引出的，阿伏加德羅常數(shù)則是解釋1mol粒子集體所含的粒子數(shù)，約為6.02×10²³。

按照這樣的方式進(jìn)行教學(xué)，無疑是生硬地將幾個(gè)概念的疊加灌輸給學(xué)生，學(xué)生很難將知識(shí)內(nèi)化，死記硬背概念成了大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀。這與改變過去接受式學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、自主建構(gòu)的新課程理念背道而馳。

筆者建議應(yīng)由較好理解的“摩爾”引出“物質(zhì)的量”概念，淡化并延后“阿伏加德羅常數(shù)”的教學(xué)。具體教學(xué)過程如下。

1.情境創(chuàng)設(shè)

教師播放《曹沖稱象》的Flash短片，引導(dǎo)學(xué)生思考“這個(gè)故事中主人公曹沖是如何聰明地化解生活中的一些‘難題，主要利用了什么思想？”

學(xué)生分析之后得出結(jié)論：“化整為零”的思想。

[教師小結(jié)]曹沖就是將難以稱量的大象重量轉(zhuǎn)化為相對(duì)較小的可稱量的石頭的重量，化整為零進(jìn)行稱量的。

教師引導(dǎo)學(xué)生再思考，“我們能不能用手中的直尺測量出一張紙的厚度呢？”

[學(xué)生]當(dāng)然不能，直尺的精確度不夠。

[教師追問]那如何破解這個(gè)難題？（進(jìn)一步激化矛盾）

[學(xué)生]我們可以測量出整十張、整百張紙的厚度，然后再除以紙張數(shù)……

[教師追問]這個(gè)過程中又利用了什么思想？（“化零為整”的思想呼之欲出，為“物質(zhì)的量”概念的形成掃清了障礙）

2.類比“摩爾”概念

[教師總結(jié)]“曹沖稱象”的思想是化整為零，而我們測量一張紙的厚度又是利用化零為整的思想。我們不是直接測量一張紙的厚度，而是把一定數(shù)量的紙變?yōu)橐粋€(gè)“集合體”后再測量……

[教師]其實(shí)生活中會(huì)經(jīng)常使用很多這樣類似的集合體名詞。比如一雙（2個(gè)）襪子、一打（12個(gè)）雞蛋、一筐石頭、一包餐巾紙、一火車皮物資等等。

[總結(jié)]“集合體”在生活中時(shí)常使用，它給計(jì)數(shù)帶來了便利。

[過渡]化學(xué)是在分子、原子層面上進(jìn)行的研究，分子和原子都是非常微小的，肉眼是無法辨別的。

[PPT展示]人教版初三化學(xué)教材“分子和原子”中的一部分內(nèi)容：1個(gè)水分子的質(zhì)量約是3×10^-26。kg，1滴水中大約有1.67×10²¹。個(gè)水分子。如果10億人來數(shù)一滴水中的水分子，每人每分鐘數(shù)100個(gè)，日夜不停，需要3萬年才能數(shù)完。

由此可見，原子、分子等微粒的數(shù)目是巨大的，在計(jì)數(shù)過程中一個(gè)一個(gè)數(shù)是不可取的。

[追問]那么是否可以利用“集合體”的形式來表示呢？（此時(shí)，“摩爾”的概念水到渠成。）

[教師]因此在化學(xué)上引入“摩爾”概念，我們將“0.012kg¹²c中所含的碳原子數(shù)”這個(gè)集合體規(guī)定為1mol，通過精密的計(jì)算約為6.02 x10²³，稱為阿伏加德羅常數(shù)（這里可以淡化阿伏加德羅常數(shù)的介紹，以突出“摩爾”概念的教學(xué)）。

3.引出“物質(zhì)的量”概念

在理解了“摩爾”是表示物質(zhì)微粒個(gè)數(shù)的單位，對(duì)“物質(zhì)的量”即物質(zhì)所包含微粒的數(shù)量的理解便迎刃而解了。

需要注意的是：“物質(zhì)的量”僅是對(duì)于微觀粒子而言的，不能表示宏觀物質(zhì)。

4.“阿伏加德羅常數(shù)”教學(xué)

“阿伏加德羅常數(shù)”是學(xué)生理解的又一難點(diǎn)，給“摩爾”和“物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)帶來了極大障礙。實(shí)際上，教材中回避使用“阿伏加德羅常數(shù)”，并不會(huì)影響學(xué)生對(duì)粒子集合體的理解?；乇芑蜓雍蟆鞍⒎拥铝_常數(shù)”概念的教學(xué)可以有效降低“物質(zhì)的量”概念群的理解難度。筆者建議，可以將其延后一個(gè)課時(shí)以補(bǔ)充材料的形式對(duì)“阿伏加德羅常數(shù)”進(jìn)行講解。

“物質(zhì)的量”概念的教學(xué)歷來是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在實(shí)際教學(xué)中，采用先通過生活中的實(shí)例類比“摩爾”概念，在此基礎(chǔ)上引出“物質(zhì)的量”，將“阿伏加德羅常數(shù)”的教學(xué)延后一課時(shí)以補(bǔ)充材料的形式加以介紹，大大化解教學(xué)難點(diǎn)，使學(xué)生更好理解和學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”概念群。